Взаємодія між репродуктивною та метаболічною функціями: характеристика ролі нейроендокринних факторів та датчика енергії, амп-активованої протеїнкінази (ampk)

  • Автори:Марія Олексія Баррозу Ромеро
  • Директори дисертацій:Мануель Хосе Тена Семпере (реж. Тес.), Хуан Роа Рівас (реж. Тес.)
  • Читання: У Кордовському університеті (Іспанія) у 2020 році
  • Ідіома: Іспанська
  • Кваліфікаційний суд дисертації:Юсто Пастор Кастаньо Фуентес (голова), Моніка Гарсія Аллоза (секрет), Альфонсо Лечуга Санчо (прес-секретар)
  • Предмети:
    • Фізичний
      • Фізика твердого тіла
        • Електронні стани
    • наук про життя
      • Фізіологія людини
        • Фізіологія центральної нервової системи
        • Репродуктивна фізіологія
  • Посилання
    • Теза відкритого доступу у: Helvia
  • Резюме

    • 1. ВСТУП Розмноження - це дорогий процес з точки зору споживання енергії, який, хоча і є важливим для виживання виду, є необхідним на індивідуальному рівні. Отже, дозрівання та функція репродуктивної осі тісно пов’язані з енергетичним станом організму і перебувають під контролем складної мережі регуляторних факторів, де нейронні, гормональні та екологічні сигнали взаємодіють, щоб гарантувати його правильне дозрівання, під час різних стадії розвитку та їх функціональне підтримання у зрілому віці за умови належних харчових та метаболічних умов. Успіх цього процесу спрямований на інтегровану дію сигналів так званої осі гіпоталамус-гіпофіз-гонада (HHG), в якій нейрони GnRH займають чільне місце, контролюючи відтворення та його модуляцію за допомогою метаболічних сигналів (1, 2 ). Між тим нейрони Kiss1 є ключовими елементами контролю репродукції, оскільки вони регулюють вивільнення GnRH і, отже, гонадотропінів, а також здатні передавати метаболічну інформацію до нейронів GnRH, стимулюючи або інгібуючи її синтез (3).

      функціями

      У цьому контексті за останні десятиліття було виявлено велику кількість сигналів центрального та периферійного походження, відповідальних за пристосування репродуктивної функції до наявності енергетичних ресурсів організму. Загалом можна припустити, що сигнали енергетичної достатності (анорексигенні) стимулюють запуск і функціонування репродуктивної осі, тоді як сигнали, що повідомляють про дефіцит енергетичних ресурсів (орексигенні), гальмують функціонування репродуктивної осі. Таким чином, під час еволюції були розроблені складні механізми, що дозволяють конкретно гальмувати репродуктивну вісь за несприятливих енергетичних умов (3).

      Зазначені несприятливі обмінні умови можуть виникати як у випадках дефіциту, так і надлишку запасів енергії в організмі. Таким чином, як у розвинених країнах, так і в країнах, що розвиваються, поширеність ожиріння та супутніх патологій зростає зі швидкістю епідемічних пропорцій. Причини пов’язані з поєднанням генетичної схильності та соціальних та екологічних факторів, що призводить до дисбалансу в енергетичному балансі, і пов’язане з гіпертонією, діабетом 2 типу, жировою печінкою та різноманітними розладами, відомими як метаболічний синдром. З іншого боку, різні стани, деякі з яких зростає, поширюються, пов'язані з важким дефіцитом енергії, таким як нервова анорексія, кахексія пухлини та інші патології споживання, або навіть інтенсивні програми фізичної підготовки, такі як програми професійних спортсменів. В обох станах, залежно від моменту їх виникнення, можуть сильно постраждати як статеве дозрівання, фертильність, так і функція статевих залоз (4).

      У свою чергу, сама функція статевих залоз може впливати на метаболічний стан організму, так що секрети гонад, такі як андрогени та естрогени, є потужними модуляторами метаболічного гомеостазу та маси тіла. З усіх цих причин різні експериментальні дані вказують на те, що не тільки харчові зміни та інші ситуації метаболічного стресу, але і невідповідні рівні статевих гормонів у певні періоди розвитку можуть сприяти метаболічним змінам і назавжди модифікувати репродуктивну функцію (5, 6 ). Однак нейрогормональні механізми, що лежать в основі цієї двонаправленої взаємодії між метаболізмом та репродуктивною віссю, залишаються в основному невідомими.

      З іншого боку, крім різних центральних та периферійних сигналів, останні дані свідчать про участь клітинних датчиків енергії в метаболічному контролі репродуктивної функції. Серед них виділяється АМФ-активована протеїнкіназа, звана АМФК, ключовий енергетичний датчик, який активується в умовах дефіциту енергії і бере участь в енергетичному гомеостазі організму, головним чином завдяки регулюванню споживання та витрати енергії, надаючи його дія в гіпоталамічному, дугоподібному (ARC) та вентромедіальному (VMN) ядрах відповідно (7). Крім того, нещодавні дослідження показали, що AMPK діє як ключовий шлях, який інформує та модулює вісь ПГ в ситуаціях енергетичної недостатності, хоча факти, що підтверджують цю роль, все ще є фрагментарними та невизначеними, без чіткої характеристики ролі сигналізації. AMPK у ключових нейрональних популяціях для метаболічного контролю репродуктивної функції (1).

      Підводячи підсумок, хоча очевидно, що існує чіткий зв’язок між енергетичним та метаболічним станом організму, дозріванням та функцією репродуктивної осі, нейронні мережі та гормональні та молекулярні основи задіяних механізмів все ще не є в цьому фізіологічному явищі. Все це вимагає кращого розуміння складних двонаправлених взаємодій між метаболічним станом та репродуктивною функцією, нейроендокринними основами цих взаємодій та молекулярними механізмами, що зв’язують обидві відповідні системи організму.

      Враховуючи вищевикладене, загальною метою цієї докторської дисертації було поглибити характеристику динамічних взаємодій між метаболічним станом організму та ключовими аспектами дозрівання та репродуктивної функції. У цьому контексті в цій дисертації особливу увагу було приділено визначенню впливу змін функції статевих залоз та впливу обезогенних факторів на ендокринно-метаболічний профіль у зрілому віці та оцінці можливої ​​ролі клітинного енергетичного датчика, AMPK, що діє на Нейрони GnRH та Kiss1 у метаболічному контролі репродуктивної функції.

      2. ЗМІСТ ДОСЛІДЖЕННЯ Цю докторську дисертацію було розділено на два основні експериментальні блоки.

      В експериментальному блоці 1 оцінювали вплив післяпологових маніпуляцій з харчуванням та стероїдного середовища новонароджених на метаболічну та гонадотропну функції у самців та самок щурів, у ранньому дорослому віці (PND50) та у зрілому віці (PND150).

      Наші результати показують, по-перше, що переїдання, застосовуване з періоду новонародженості, що включає перегодовування під час лактації (SL), а потім дієту з високим вмістом жиру після відлучення (HFD), викликало помітні зміни в різних метаболічних та гонадотропних показниках у щурів обох статей., хоча ці ефекти були набагато очевиднішими у чоловіків, ніж у жінок.

      Таким чином, самці щурів SL/HFD, що переїли з періоду новонародженості, продемонстрували не тільки помітний приріст маси тіла порівняно з нормально харчуваним контролем (NL/CD), але також показали очевидні показники центрального гіпогонадизму та порушення регуляції гомеостазу глюкози . Примітно, що ожиріння спричинило пригнічення рівня гонадотропіну в сироватці крові у чоловіків, що виявляється у віці 50 та 150 днів, що призвело до значного зниження основних андрогенів яєчка, тестостерону, ДГТ та андростендіону, без помітних змін рівня прогестерону, у післяпологовий день 150 (PND150). Щодо метаболічного гомеостазу, чоловіки з ожирінням у PND150 продемонстрували чітко підвищений рівень базальної глікемії, а також змінені профілі в тестах на толерантність до глюкози (GTT) та інсуліну (ITT).

      На відміну від цього, чутливість до метаболічного та гонадотропного впливу цих обезогенних маніпуляцій була значно нижчою у самок щурів. Таким чином, і, незважаючи на помітний приріст ваги порівняно із нормально харчуваними самками щурів (NL/CD), дорослі самки з ожирінням не зазнали значних змін у рівнях ЛГ та ФСГ в крові, а також не виявили придушення сироваткових концентрацій гонадних андрогенів, хоча вони виявили підвищення рівнів андростендіону та естрадіолу без значних змін рівнів прогестерону та естрону. Що стосується метаболічних показників, то у самок із ожирінням спостерігалося лише тимчасове зменшення концентрації інсуліну в сироватці крові, вибірково в PND50, і дуже специфічне і помірне зміна (обмежене на 20-й хвилині GTT) толерантності до болюсу глюкози в PND150, без виявлених змін або вихідні рівні глюкози в крові, або загальні значення глюкози в крові під час GTT або ITT.

      Нарешті, в цьому експериментальному блоці ми також аналізуємо вплив на гонадотропну та метаболічну функції у дорослих щурів обох статей (PND150) обох статей повного виведення статевих стероїдів шляхом гонадектомії (GNX), поєднаного чи ні з постнатальним перегодовуванням та багатим дієта. жир.

      Видалення яєчників методом оофоректомії (OVX) у зрілому віці (PND90) спричинило певне посилення впливу обезогенних маніпуляцій у самок щурів на певні ендокринно-метаболічні параметри. Однак величина цих змін, як правило, була дуже скромною, за винятком збільшення маси тіла та рівня лептину, які значно збільшились завдяки поєднанню OVX із стійким переїданням (SL/HFD). У будь-якому випадку, на відміну від інтактних самок, жінки з ожирінням OVX демонстрували частково пригнічений рівень LH (порівняно з жінками OVX, які не страждають ожирінням), і тенденція до підвищення рівня базального рівня глюкози в крові, разом із помірним підвищенням стійкості до дії інсулін, без змін у профілях GTT між інтактними ожирілими щурами та OVX.

      Нарешті, орхідектомія (ORX) самців щурів у зрілому віці, як маневр для повного усунення секрету яєчок, загалом не спричинила явного погіршення метаболічних профілів ні у недоїджених, ні у ожирілих тварин. для підвищення рівня базального інсуліну у чоловіків із ожирінням ORX, що, однак, не було пов'язано з очевидними змінами в профілях GTT та ITT. У будь-якому випадку, варто зазначити, що у чоловіків із нормальним харчуванням ORX зменшував масу тіла, тоді як ORX не посилював ожиріння, спричинене стійким переїданням (SL/HFD) від лактації.

      В експериментальному блоці 2 ми використовували генетично модифіковані мишачі моделі, створені в нашій лабораторії, звані GAMKO та KAMKO, дефіцитні в α1-субодиниці AMPK, особливо в клітинах GnRH та Kiss1, для характеристики ролі метаболічного сенсора, AMPK, що діє вибірково в цих нейрональних популяціях, в метаболічному контролі статевого дозрівання та гонадотропної функції дорослих.

      За умов нормального харчування самки мишей GAMKO демонстрували випередження у віці розкриття піхви як зовнішній ознака настання статевого дозрівання, що призвело до значно нижчого середнього віку початку пубертатного періоду, ніж у контрольних мишей. Це явище не було виявлено ні у самців мишей GAMKO, ні у мишей KAMKO обох статей. У тому ж напрямку, перипубертальні самки мишей GAMKO демонстрували підвищену LH-секреторну реакцію (як сурогатний маркер секреції GnRH) на введення кісспептину.

      Незважаючи на відсутність фенотипових змін в пубертатному маркері в умовах нормального харчування, самки мишей КАМКО демонстрували часткову стійкість до шкідливого впливу, з точки зору затримки настання статевого дозрівання, в умовах негативного енергетичного балансу, при якому активність гіпоталамусу істотно зростає в фізіологічних умовах . Таким чином, перебуваючи під контролем самок мишей, хронічне недоїдання після відлучення викликало значне зменшення маси тіла, затримку віку розкриття піхви та зменшення маси яєчників, усунення сигналізації AMPK у клітинах Kiss1, хоча це не заважало падіння маси тіла, спричинене недоїданням, з величиною, подібною до тієї, що спостерігалася у недоїданих контрольних мишей, це запобігло глобальній затримці віку розкриття піхви, спричиненому зазначеним недоїданням, а також спричинило помітну тенденцію до підвищення рівня ЛГ та маси яєчників у недоїджених мишей KAMKO vs. органи контролю, що застосовуються за подібним протоколом щодо недоїдання.

      У зрілому віці пульсуючі профілі секреції ЛГ не виявляли помітних змін ні у самців, ні у самок мишей GAMKO, ні у самок мишей KAMKO. Незважаючи на відсутність змін у секреторних профілях LH, жінки вибірково GAMKO продемонстрували збільшення секреторних реакцій GnRH (про що свідчать відповіді LH) на застосування різних стимулів гонадотропної осі, які включають kisspeptin-10, агоніст NKB (Senktide) і GnRH.

      3. ВИСНОВКИ Основними висновками нашої роботи є:

      1. Метаболічні та гонадотропні зміни, викликані стійким переїданням з дитинства до дорослого віку, виявляють помітний статевий диморфізм, з набагато помітнішим ураженням у самців щурів, ніж у самок. Ця більша чутливість чоловіків до обезогенних маніпуляцій обертається не лише порушенням регуляції вуглеводного гомеостазу в зрілому віці, але і появою гіпогонадотропного гіпогонадизму, пов'язаного з ожирінням, що визначається початковим придушенням секреції гонадотропінів, що виявляється вже в ранньому зрілому віці, передує глибокому пригніченню секреції андрогенів яєчок, пов’язаному з гіперлептинемією, непереносимістю до перевантаження глюкозою та резистентністю до інсуліну.

      2. Стан стійкості самки щура до впливу обезогенних маніпуляцій на метаболічні параметри та гонадотропну функцію значною мірою зумовлений правильним процесом статевої диференціації на ранніх стадіях розвитку та самою функцією яєчників, завдяки чому маскулінізація ранньої статевої диференціації процеси через андрогенізацію новонароджених і, в меншій мірі, усунення функції яєчників у зрілому віці, сенсибілізують метаболічну та гонадотропну системи до шкідливих дій стійкого переїдання з дитинства до дорослості.

      3. Зокрема, у жінок клітинний енергетичний датчик AMPK, впливаючи на нейрони GnRH, відіграє важливу роль у метаболічному контролі статевого дозрівання та гонадотропної функції у зрілому віці, діючи як інгібуючий сигнал нейрональної активності GnRH, із виявляється як в умовах нормального харчування, так і, особливо, негативного енергетичного балансу, в дії, що залежить від секреції яєчників.

      4. У жінок сигналізація AMPK у нейронах Kiss1 бере участь у метаболічному контролі статевого дозрівання, але, схоже, не відіграє значної ролі в модуляції гонадотропної функції у зрілому віці. З точки зору пубертатного регулювання, активність AMPK у нейронах Kiss1 сприяє опосередкуванню інгібуючого ефекту недоїдаючих станів на пубертатну активацію репродуктивної осі.

      5. Разом із доказами попередніх експресійних та фармакологічних досліджень, наші результати на мишачих моделях, GAMKO та KAMKO, із селективною абляцією α1 субодиниці AMPK у клітинах GnRH та Kiss1, відповідно, сприяли характеристиці природи та актуальності Фізіологія передача сигналів гіпоталамусу AMPK в метаболічному контролі репродуктивної осі, із змінною роллю в залежності від типу нейронів, в якому він працює, статі, часу розвитку та стану харчування.

      4. БІБЛІОГРАФІЯ 1. М. С. Авенданьо, М. Дж. Васкес, М. Тена-Семпер, Розплутування статевого дозрівання: нові нейроендокринні шляхи та механізми контролю статевого дозрівання ссавців. Hum Reprod, оновлення 23, 737-763 (2017).

      2. Дж. Роа, М. Тена-Семпер, Пов’язуючи обмін речовин та розмноження: ролі центральних енергетичних датчиків та ключових молекулярних медіаторів. Ендокринол Mol Cell 397, 4-14 (2014).

      3. М. Манфреді-Лозано, Дж. Роа, М. Тена-Семпере, Зв'язуючи метаболізм та функцію статевих залоз: Нові центральні нейропептидні шляхи, що беруть участь у метаболічному контролі статевого дозрівання та фертильності. Передній нейроендокринол 48, 37-49 (2018).

      4. Ф. Р. Дей, К. Елкс, А. Мюррей, К. К. Онг, Дж. Р. Перрі, терміни статевого дозрівання, пов’язані з діабетом, серцево-судинними захворюваннями, а також різними наслідками для здоров’я чоловіків і жінок: дослідження Великобританії Біобанк. Sci Rep 5, 11208 (2015).

      5. M. A. Sánchez-Garrido et al., Метаболічний та гонадотропний вплив послідовних обезогенних образів на жінку: Вплив втрати секреції яєчників. Ендокринологія 156, 2984-2998 (2015).

      6. M. G. Novelle та співавт., Неонатальні події, такі як андрогенізація та постнатальне перегодовування, модифікують реакцію на грелін. Sci Rep 4, 4855 (2014).

      7. М. Лопес, М. Тена-Семпере, Вплив естрадіолу на термогенез AMPK гіпоталамусу та BAT: Шлюз для лікування ожиріння? Pharmacol Ther 178, 109-122 (2017).